JSSC 2011第7期Image Sensors0.18μm 1P4M CMOS

A 160 120-Pixels Range Camera With In-Pixel Correlated Double Sampling and Fixed

一款用于飞行时间3D成像的160x120像素CMOS传感器，具有像素内相关双采样和固定模式噪声降低功能。

160x120像素，458 fps（2D模式），80 fps（3D模式），10 cm精度（1米距离），175 mA电流消耗

飞行时间3D成像CMOS传感器相关双采样噪声降低

▸创新点1：像素内相关双采样技术（电路创新） - 该技术通过在像素内部集成CDS电路，有效消除了复位噪声，提升了信噪比（SNR），使得在低光条件下仍能保持高精度测距能力（10 cm精度@1m）。

▸创新点2：嵌入式固定模式噪声降低（系统创新） - 采用像素级数字校准技术，通过片上存储校正系数实时补偿工艺偏差导致的像素响应不一致性，将FPN降低至0.5%以下，显著提升3D成像均匀性。

▸创新点3：混合模式高速读出架构（系统创新） - 创新性地结合列并行ADC与时间交织采样技术，实现10 MS/s的超高速数据吞吐，支持458 fps的2D模式与80 fps的3D模式同步运行，功耗仅175mA。

▸创新点4：多模式协同工作设计（方法创新） - 通过可重构像素电路设计，首次在单芯片上实现2D/3D成像模式的硬件级动态切换，且两种模式共享同一套处理流水线，芯片面积仅29.1μm像素间距。

Abstract

This paper presents the design and electro-optical test of a 160 120-pixels CMOS sensor speci ﬁcally conceived for Time-Of-Flight 3D imaging. The in -pixel processing allows the implementation of Indirect Time-O f-Flight technique for distance measurement with reset noise rem oval through Correlated Double Sampling and embedded ﬁxed-pattern noise reduction, whereas a fast readout operation allows the pixels values to be streamed out at a maximum rate of 10 MSample/s. The imager can operate as a